账号:
密码:
CTIMES / 文章 /   
简化制程控制类比输入模组的设计
 

【作者: Cathal Casey】2019年05月17日 星期五

浏览人次:【908】
  

在针对像是可编程逻辑控制器(PLC)或分散式控制系统(DCS)模组等应用设计类比输入模组时,通常会在效能与成本之间进行取舍。这类应用领域传统上会使用双极+/-15 V供电轨为主动前端元件供电,这些元件用来调节或增益输入讯号。这种作法除了影响零组件(BoM)成本之外,由於构成多个独立的双极电源,因此也提高了设计的复杂度。


为撙节成本,业界因而想出一种替代方法,就是使用单一5V供电。单一5V电源轨可大幅降低设计复杂度,包括针对各个类比前端元件规划独立电源的设计工作。不过,这也会衍生许多难题,而且可能导致量测解决方案的精准度下降。AD4111元件不仅因应整合电压与电流量测的需求,也解决5V电源解决方案的诸多限制。


整合式前端元件

AD4111是一款24位元Sigma-Delta(Σ-Δ)类比数位转换器,藉由建置创新但简单++的讯号链,使得开发时间与成本皆能降低。运用ADI的iPassives专利技术,它结合了一个类比前端以及ADC元件。这使得AD4111能接受+/-10 V输入,以及0 mA 至20 mA的电流输入,而且不需要外部元件就能以一个 5V或 3.3V电源运作。


电压输入符合正负20 V的过量程(overrange)规范,在单一电压针脚上绝对最大有效转换范围为正负50V。电流输入范围为-0.5 mA 到 24 mA,精准电流量测接近0 mA,精准转换可达24mA。AD4111的电压输入保证最低阻抗为1 MΩ,这足以省去+/-15 V 的外部缓冲元件,进一步节省电路板空间与物料清单成本。


5V的设计受限於高阻抗电压除以每个电压输入端,这方面的需求会用到更多的电路板空间。分立式解决方案的设计,逐渐成为成本与电阻精准度之间的取舍。为解决这方面难题,AD4111 因此为每个输入端整合一个高阻抗的精准型电压分压器,如图3所示。



图一 : AD4111功能模块图.
图一 : AD4111功能模块图.

明线侦测

单一5V设计的限制通常为缺少明线(open wire)侦测机制,其解决方法一般是在15V电源轨上使用高阻抗电阻,藉以将开放接点(open connection)拉升到超出范围的电压。


这方面的难题可透过AD4111来加以克服,它使用5V或3.3V的供电提供独特的明线侦测功能。覆盖超出范围失效的明线侦测机制,而能进一步简化诊断流程。将这项功能整合在AD4111,即可省去在前端部分的拉升电阻,进而省去15V的供电,如图2所示。


省略+/-15V供电,可降低独立电路的复杂性、空间、以及幅射干扰。对於那些不需要明线侦测功能的应用,至於AD4112这款元件与AD4111的唯一差别,只是少了明线侦测功能。


系统层级解决方案

AD4111整合叁考电压以及内部时脉的设计,不仅进一步降低机板尺寸与物料清单成本,若必须达到更高的精准度以及在更大温度范围进行低误差转换,也能添加外部元件。图2与图3分别显示了典型的高阶与低阶解决方案。图2与图3标示的部分讯号链可更换成AD4111。AD4111的总未调整误差(TUE)精准度规格能达到系统层级的要求。


对於许多解决方案而言,其精准度可能足以省略额外校正的步骤。而在现有高精准度解决方案中,模组通常会对每个通道进行校正。由於AD4111针对高度匹配的输入进行设计,因此对单一输入端进行校正就能让所有输入端达到相近的精准度。



图二 : 典型高阶解决方案
图二 : 典型高阶解决方案

图三 : 典型低阶解决方案.
图三 : 典型低阶解决方案.

EMC测试

由於PLC与DCS模组通常会在严苛的工业环境运作,因此须承受各种电磁干扰(EMI)状况。这会对电磁相容(EMC)输入模组的设计构成更高的复杂性,因为大多数元件并没有针对EMC 进行评测,因此设计输入保护以及滤波电路的工作就更加复杂。


另外,这也会增加设计与测试的工作量,进而大幅延长研发时间。租用EMC实验室所费不赀,而测试失败就意谓了冗长的延迟,接着必须重新设计机板,然後再次测试。


AD4111已针对装在印刷电路板(PCB)的情境进行设计,展现本身为通过验证的EMC解决方案。机板透过特性分析,可确保电路效能不会受到幅射射频(RF)或导通的RF干扰造成永久性影响,并展现足够的免疫力,足以抵抗静电放电(ESD)、电快速瞬变脉冲群(EFT)、以及符合IEC 61000-4-x相关标准的突波。


此外,它还符合工业/科学/医疗设备的CISPR 11规范,机板的幅射低於Class A的上限。


总结

AD4111为一款系统层级ADC,拥有极高的整合度,具备全面的可调适能力,能接受±10 V的电压输入,以及0 mA至20 mA的电流输入,其可透过一个5V或3.3V供电运行,兼具明线(open wire)侦测机制,以及许多其他功能特色,为类比式输入模组设计提供一个独特解决方案。它提供6 mm × 6 mm的40-lead LFCSP封装,以及必要的相关模组,以往整个复杂PCB电路现在只需一颗元件就能取代。


(本文作者Cathal Casey为ADI应用工程师)


相关文章
工业3.5准智慧系统就位 工业4.0方能乘势起飞
使用因应软体发展之vRealize Automation REST API部署虚拟机器
微型感测器使车辆变得更加智慧
采用乙太网路进行运动控制的三个理由
数位电源设计的关键元件与精确度挑战
comments powered by Disqus
相关讨论
  相关新品
Lattice MachXO Control Development Kit
原厂/品牌:Lattice
供应商:Lattice
產品類別:FPGA
Lattice ECP3 PCI Express
原厂/品牌:Lattice
供应商:Lattice
產品類別:FPGA
Lattice ECP3 Video Protocol Board
原厂/品牌:Lattice
供应商:Lattice
產品類別:FPGA
  相关新闻
» 勤业众信估2019 年半导体业总收入5,150亿元 亚太地区稳居最大消费市场
» 笙泉MG82G5E32/MG82F6D17满足您的设计需求
» 长庚大学可靠度中心与英飞凌签订合作协议
» 安森美半导体将於欧洲PCIM 2019推出新款IGBT产品
» Kyocera和Vicor合作开发先进合封Power-on-Package电源解决方案
  相关产品
» ADI新型多通道混合讯号 RF 转换器平台 扩展通话容量和资料传输量
» ADI解决方案加速毫米波 5G 无线网路基础设施部署
» 笙泉科技推出新一代MG82F6D17 MCU
» 意法半导体生态系统扩充功能支援微控制器以USB-C作为标准介面
» 安森美半导体与NVIDIA合作开展基於云端的自动驾驶汽车仿真
  相关资源
» Power Management Solutions for Altera FPGAs
» MicroModule Power Products
» Wireless & RF Solutions
» Telecom, Datacom and Industrial Power Products
» Power Management for LEDs

AD


刊登廣告 新聞信箱 读者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2019 远播信息股份有限公司版权所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29号11楼 / 电话 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw